[發明專利]一種用于線性工程變形場監測的感測系統和方法

有效

• 申請號: 201910823772.8
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110657753B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 王正方;董亞楠;王靜;隋青美;田長彬;賈磊
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

1.一種用于線性工程變形場監測的感測系統，其特征在于,沿線性工程軸線布設，包括：柔性液體導管，以及一組或多組沿導管軸向設于導管表面的光纖傳感器陣列；將光纖傳感器陣列布設于柔性液體導管上，測算柔性液體導管的變形場，重構出長距離的線性工程的變形場，全方位的獲取線性工程的變形情況；所述柔性液體導管中填充液體，其中，所述填充液體為：水、硅油、或乙二醇液體，以保證在不同溫度環境下系統的適用性；

所述每組光纖傳感器陣列中的光纖傳感器數目相同，布設位置一一對應；

與所述各組光纖傳感器陣列相連接的光纖采集系統采集各光纖傳感器所在位置的曲率數據；根據曲率與位移之間的關系，對三維空間曲線進行初次重建，通過機器學習算法對初次重建的曲線的不同彎曲形狀區域進行智能分段，采用不同的修正系數進行修正，構建出柔性液體導管在空間上的形狀，通過三維重構得到線性工程的變形場。

2.如權利要求1所述的一種用于線性工程變形場監測的感測系統，其特征在于，所述感測系統一個或多個補液系統連接，所述補液系統包括補液箱和流體驅動裝置，所述流體驅動裝置用于連接補液箱和柔性液體導管，將補液箱中的液體填充到柔性液體導管內。

3.如權利要求1所述的一種用于線性工程變形場監測的感測系統，其特征在于，每一組光纖傳感器陣列中，相鄰傳感器之間的間距根據測量精度需求調整。

4.如權利要求1所述的一種用于線性工程變形場監測的感測系統，其特征在于，多組光纖傳感器陣列沿所述導管的周向均勻布置。

5.如權利要求1所述的一種用于線性工程變形場監測的感測系統，其特征在于，所述感測系統還包括光纖采集系統，與各組光纖傳感器陣列連接，采集各傳感器所在位置的曲率數據。

6.一種基于權利要求1-5任一項所述感測系統的線性工程變形場感測系統的感測方法，其特征在于，包括以下步驟：

接收各組光纖傳感器陣列采集的曲率數據，將獲得曲率數據的位置記為控制點；基于各控制點的曲率，進行空間曲線三維重建，用以衡量感測系統在三維空間上的形狀，從而得到線性工程變形場。

7.如權利要求6所述的感測方法，其特征在于,基于各控制點的曲率，進行空間曲線三維重建包括：

在每個控制點處建立運動坐標系，并且將第一個控制點相應的運動坐標系記為固定坐標系，對于每個當前運動坐標系，依次其計算到下一個運動坐標系的變換矩陣；

基于各控制點的曲率以及變換矩陣，將所有控制點的坐標均轉換到固定坐標系，進行空間曲線三維重建。

8.如權利要求6所述的感測方法，其特征在于,接收各組光纖傳感器陣列采集的曲率數據后，還對曲率數據賦予權重；各曲率數據的權重大小基于其所處分段的形態類別確定；所述分段的形態類別包括位移不變段、位移遞增段和位移遞減段。

9.如權利要求8所述的感測方法，其特征在于,對空間曲線進行分段的方法為：基于各控制點的曲率，計算相鄰兩控制點之間的應變增量，基于曲率、該控制點相對于第一個控制點的位置和應變增量，進行聚類分析，將空間曲線劃分為不同形態類別的分段。